JP2005531899A

JP2005531899A - 透明な陰極を備える電場発光装置

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Publication number: JP2005531899A
Application number: JP2004517145A
Authority: JP
Inventors: ヘルムトベヘテル; ウォルトガングブッセルト; ヘルベルトフリードリッヒボエルネル; ディートリッヒベルトラム
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-10-20
Also published as: DE10228939A1; CN1666354A; WO2004004421A2; CN1666354B; WO2004004421A8; AU2003244953A1; AU2003244953A8; US20060103321A1; EP1520307A2; WO2004004421A3; US7642714B2

Abstract

本発明は、透明な陰極を備える電場発光装置に関する。前記電場発光装置は、基板（１）と、前記基板（１）に隣接する、第１電極（２）、電場発光層（３）及び金属製の第２電極（４）から成る積層体とを有する。前記第２電極（４）は、金属製の該第２電極（４）を介する光の透過を増大させ、フィルタとして働く透明誘電層（５）で覆われる。

Description

本発明は、基板と、第１電極、電場発光層(electroluminescent layer)及び第２電極から成る積層体とを有する電場発光装置に関する。

様々な原理に基づく電子的に駆動される表示システムの種々の実施例が、既知であり、広く用いられている。

前記原理の１つによれば、光源として、有機発光ダイオード、所謂OLEDの使用がなされる。有機発光ダイオードは、複数の機能層でできている。"Philips Journal of Research, 1998, 51, 467"において、OLEDの典型的構造の記載がなされている。典型的構造は、透明な電極（陽極）としてのITO（インジウムスズ酸化物）層と、導電性ポリマ層と、電場発光層、即ち、光放射性材料、とりわけ光放射性ポリマ(light-emissive polymer)の層と、金属、好ましくは低い仕事関数を持つ金属の電極（陰極）とを有する。このような構造は、通常、一般にガラスである基板上に設けられる。生成される光は基板を通って観察者に到達する。電場発光層において光放射性ポリマを有するOLEDはpolyLED又はPLEDとも呼ばれる。

現在、OLEDのほとんどが受動的に駆動されている。しかしながら、これは表示画面の対角線が小さい場合にしか出来ない。より大きな表示システムを動作させるためには、効率の理由により、アクティブマトリックス動作に転換することが必要である。アクティブOLEDにおいては、第１電極が画素の形状をしているように構成され、各画素電極が別々に駆動される。OLEDを能動的に駆動するためには、各画素電極のために少なくとも２つの薄膜トランジスタ及び１つのコンデンサが必要である。画素電極を駆動するのに必要な構成要素の空間要求の結果として、トランジスタ及びコンデンサが基板上に設けられ、光が透明な陰極を通って電場発光装置を出るようなOLEDが開発されている。このような電場発光装置は、例えば"13-inch Full Color Organic EL Display" , Kaizen Flash 2001に記載されている。

効率の理由により、金属のみが陰極材料として適当に用いられ得る。金属層の十分に高い伝導力を得るために、10乃至30nmの範囲内の層厚が必要であり、これは、電場発光装置において生成される光の低い透過を招く。

それ故、本発明の目的は、電場発光層によって発せられる光の高い透過を呈する陰極を備える改善された電場発光装置を提供することにある。

カラー電場発光装置は、たいてい、フィルタ、とりわけカラーフィルタの使用を必要とする。前記カラーフィルタの製造は前記電場発光装置の製造プロセスに容易に統合され得ることが望ましい。

それ故、本発明の他の目的は、フィルタ、とりわけカラーフィルタを備える改善された電場発光装置を提供することにある。

これらの目的は、基板と、前記基板に隣接する、第１電極、電場発光層、第２電極及び２ｎ＋１個の透明誘電層から成り、ここでｎ＝０、１、２、３、・・・、αである積層体とを有し、前記透明誘電層が、ｎ＞１．７の高屈折率と、ｎ≦１．７の低屈折率とを交互に持ち、前記第２電極に接する前記透明誘電層が、ｎ＞１．７の高屈折率を持つ電場発光装置によって達成される。

前記第２電極に接する前記透明誘電層が高屈折率ｎを持つので、金属製の前記第２電極における前記電場発光層によって生成される光の反射は減らされ、より多くの光が該第２電極を通り抜ける。他の前記透明誘電層によって、ブラッグ(Bragg)の原理に基づくフィルタ効果が生成される。このようにして、透過特性は、生成される前記光の発光スペクトルに適応され得る。更に、前記透明誘電層の前記フィルタ効果は、単純なやり方で前記電場発光装置の発光色を変更することを可能にする、即ち、カラー電場発光装置用のカラーフィルタ構成を生成することを可能にする。前記電場発光装置の実際の製造プロセスは、前記透明誘電層が該プロセスの最後にしか設けられないことから、変わらない。

請求項２及び３に記載されているような有利に選択される材料は可視光の波長領域において高い透過を呈する。

本発明のこれら及び他の特徴を５つの図及び４つの例を参照して説明し、明らかにする。

図１によれば、電場発光装置は、基板１、例えばガラス板、ポリマホイル、半導体又はセラミックウェハを有する。用いられる材料に依存して、前記基板は、光を透過する又は光を通さない。電場発光装置が能動的に駆動される場合には、トランジスタ及びコンデンサなどの能動的な構成要素及び受動的な構成要素が基板１内又は基板１上に配置される。

基板１上には、陽極として働く第１電極２が設けられる。前記電極２は、例えば、ｐをドープしたシリコン(p-doped silicon)又はインジウムをドープした酸化スズ(ITO)を含み得る。基板１と第１電極２との間には絶縁層が配置され得る。

電場発光層３は第１電極２上に設けられる。前記電場発光層３は、発光ポリマ又は小さな有機分子を含む。電場発光層３において用いられる材料のタイプに依存して、前記装置は、LEP（発光ポリマ）若しくはpolyLED、又はSMOLED（低分子有機発光ダイオード）と呼ばれる。電場発光層３は、好ましくは発光ポリマを含む。前記発光ポリマは、例えば、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）(poly(p-phenylene vinylene))(PPV)又はジアルコキシ置換PPV(dialkoxy-substituted PPV)などの置換PPVであり得る。

電場発光層３に接する第２電極４は、例えば、アルミニウム、銅、銀若しくは金などの金属、又は合金を含み得る。第２電極４が２つ以上の導電層を有することは好ましいかもしれない。第２電極４が、電場発光層３に接し、カルシウム又はバリウムなどアルカリ土類金属から成る第１層と、アルミニウム、銅、銀又は金の第２層とを有することはとりわけ好ましいかもしれない。

受動的に駆動される電場発光装置の場合には、電極２、４は、それらが２次元アレイを形成するように設けられる。能動的に駆動される電場発光装置の場合には、第１電極２が、画素の形状をしているように構成され、各画素電極が別々に駆動される。

他の例においては、積層体は、正孔輸送層及び／又は電子輸送層などの付加的な層を有し得る。正孔輸送層は、第１電極２と電場発光層３との間に配設される。電子輸送層は、第２電極４と電場発光層３との間に配置される。両層は好ましくは導電性ポリマを含む。

電場発光層３は、赤色、緑色及び青色の光を発する複数の色画素に分けられ得る。着色光を生成するために、電場発光層３中の材料が蛍光色素でドープされてもよく、又は着色光を発するポリマが電場発光層３中の材料として用いられる。異なる実施例においては、広い波長領域内の光を発するポリマが電場発光層３において用いられ、この光から３原色の赤色、緑色又は青色のいずれか１つの光を生成するためにカラーフィルタが用いられる。

第２電極４上には２ｎ＋１と等しい多数の透明誘電層５が設けられ、ここで、ｎ＝０、１、２、３、・・・、αである。前記透明誘電層５は、ｎ＞１．７の高屈折率と、ｎ≦１．７の低屈折率とを交互に持つ。第２電極４に接する第１透明誘電層６はｎ＞１．７の高屈折率を持つ。

金属製の第２電極４における電場発光層３によって発せられる光の反射は第１透明誘電層６によって減らされ、従って、第２電極４を介する光の透過は増大される。

他の透明誘電層によって、第２電極４の透過特性は、電場発光層３により発せられる光の発光スペクトルに適応され得る。層の連続(layer sequence)における屈折率の変化によって、ブラッグの原理に基づくフィルタが生成される。

高屈折率、即ちｎ＞１．７の屈折率を持つ透明誘電層は、ZnS、TiO₂若しくはSnO₂などの無機材料、又は有機材料を含み得る。好ましくは、高屈折率を持つ透明誘電層はZnSを含む。

低屈折率、即ちｎ≦１．７の屈折率を持つ透明誘電層は、例えば、SiO₂若しくはMgF₂などの無機材料、又は有機材料を含み得る。好ましくは、低屈折率を持つ透明誘電層はMgF₂を含む。

典型的には数ボルトの適当な電圧を電極２、４に印加することにより、正及び負の電荷担体が注入され、前記電荷担体は電場発光層３に移動し、電場発光層３において前記電荷担体は再び結合し、それによって光を生成する。光を透過する基板１の場合には、前記光は、一方で、第１電極２及び基板１によって、他方で、第２電極４及び透明誘電層５によって発せられる。基板１が光を通さない場合には、光は、第２電極４及び透明誘電層５によってしか発せられない。

図２は、２つの従来の電極の透過曲線７、８と、第１電極としての140nmの厚いITO層、正孔輸送層としての200nmの厚いポリエチレン・ジオキシチオフェン(polyethylene dioxythiophene)(PDOT)の層、電場発光層としての80nmの厚いPPVの層、並びに第２電極としての5nmの厚いバリウム層及び200nmの厚いアルミニウム層を有する電場発光装置の発光スペクトル９とを示している。曲線７は、5nmの厚いバリウム層及び25nmの厚い銀層を有する電極の透過率を示している。曲線８は、5nmの厚いバリウム層及び15nmの厚いアルミニウム層を有する電極の透過率を示している。

図３は、ZnSの透明誘電層で覆われた２つの電極の透過曲線１０、１１を示している。曲線１０は、5nmの厚いバリウム層及び25nmの銀層を有し、38nmの厚いZnS層で覆われている電極の透過率を示している。曲線１１は、5nmの厚いバリウム層及び15nmの厚いアルミニウム層を有し、43nmの厚いZnS層で覆われている電極の透過率を示している。この図面にも示されている発光スペクトル９は、図２に示されているものと同一である。

図３は、両方の場合において、隣接する透明誘電層により電場発光層３によって発せられる光の金属性電極を介する透過が実質的に増大されることを示している。

更に、青色スペクトル領域における透過が低減される。とりわけ円偏光子と併用してのこのフィルタ効果は、昼光コントラスト(daylight contrast)を増大させることを可能にする。

図４は、ZnS及びMgF₂の３つの透明誘電層５で覆われている電極の透過曲線を示している。曲線１２は、5nmの厚いバリウム層及び25nmの厚い銀層を有し、41nmの厚いZnS層、84nmの厚いMgF₂層及び55nmの厚いZnS層の層の連続で覆われている電極の透過率を示している。この場合には、41nmの厚いZnSの層が電極に接する。図４にも示されている発光スペクトル９は、図２に示されている発光スペクトル９と同一である。

図４から明らかになるように、３つの透明誘電層は、金属製電極を介する可視光の80%までの透過率を達成するのに十分である。その上、透過曲線は、電極の透過率の上限がPPVの発光の上限の範囲内にあるように、生成される光の発光スペクトルに適応される。これは、更に、透明誘電層５によるフィルタ効果をもたらす。このやり方で、例えば、電場発光装置の発光色が変更され得る。

図５は、ZnS及びMgF₂の７つの透明誘電層で覆われている電極の透過曲線を示している。曲線１３は、5nmの厚いバリウム層及び25nmの厚い銀層を有し、9nmの厚いZnS層、135nmの厚いMgF₂層、62nmの厚いZnS層、160nmの厚いMgF₂層、64nmの厚いZnS層、133nmの厚いMgF₂層及び102nmの厚いZnS層の層の連続で覆われている電極の透過率を示している。9nmの厚いZnS層が電極に接する。

図５から明らかになるように、７つの透明誘電層によって、最大透過ピークが３原色の赤色、緑色及び青色の波長領域内にある透過曲線が生成され得る。

この実施例においては、カラーフィルタが透明誘電層５によって得られる。

他の透明誘電層は、透過ピークの幅をより小さな値に設定することを可能にする。

次に、ありうる実施の例を構成する本発明の実施例を説明する。

例１
基板１として働くガラス板上に、後に構成された第１電極２としての140nmの厚いITOの層が設けられた。次に、引き続いて、正孔伝導層としての200nmの厚いポリエチレン・ジオキシチオフェン(PDOT)の層と、電場発光層３としての80nmの厚いポリ（ｐ−フェニレンビニレン）(PPV)の層とが設けられた。5nmの厚いバリウムの層及び15nmの厚いアルミニウムの層から成る第２電極４はPPV層上に設けられた。43nmの厚いZnSの層はアルミニウムの層の上に配置された。

第２電極４の透過特性は図３の曲線１１に示されている。第２電極４を介する電場発光層３において生成される光の透過は、被覆されていない電極（図２中の曲線８）と比較して増大され得た。更に、青色スペクトル領域における透過は低減される。

例２
第２電極がアルミニウムの層の代わりに25nmの厚い銀の層を含み、ZnSの層が38nmの厚さを持つことを除いて例１のものと同様の電場発光装置が製造された。

電場発光層３によって発せられる光に関する第２電極４の透過特性は図３の曲線１０に示されている。被覆されていない電極（図２中の曲線７）と比較して透過は増大され得た。更に、青色スペクトル領域及び赤色スペクトル領域におけるフィルタ効果は維持された。

例３
第２電極４上に３つの透明誘電層５が配置されたことを除いて例２に記載されているものと同様の電場発光装置が製造された。第２電極４に接するZnSの第１透明誘電層６は、41nmの層厚を持ち、MgF₂の第２透明誘電層は、84nmの層厚を持ち、ZnSの第３透明誘電層は、55nmの層厚を持った。

第２電極４の透過特性は図４の曲線１２に示されている。ただ１つで被覆されている電極（図３中の曲線１０）と比較して、透過特性はPPVの電場発光層の発光スペクトル（図４中の曲線９参照）に適応され得た。

例４
第２電極４上に７つの透明誘電層５が配置されたことを除いて例２のものと同様の電場発光装置が製造された。第２電極４に接するZnSの第１透明誘電層６は、9nmの層厚を持ち、MgF₂の第２透明誘電層は、134nmの層厚を持ち、ZnSの第３透明誘電層は、62nmの層厚を持ち、MgF₂の第４透明誘電層は、166nmの層厚を持ち、ZnSの第５透明誘電層は、64nmの層厚を持ち、MgF₂の第６透明誘電層は、133nmの層厚を持ち、ZnSの第７透明誘電層は、102nmの層厚を持った。

第２電極４の透過特性は図４の曲線１３に示されている。最大透過値は、３原色の赤色、緑色及び青色の波長領域内にある。この電場発光装置は、電場発光層３によって生成される光の透過の増大のみならず、３原色のためのカラーフィルタも呈する。

電場発光装置の断面図である。２つの従来の電極の透過曲線を示す。透明な層で覆われた２つの電極の透過曲線を示す。３つの透明誘電層で覆われている電極の透過曲線を示す。７つの透明誘電層で覆われている電極の透過曲線を示す。

Claims

基板と、前記基板に隣接する、第１電極、電場発光層、第２電極及び２ｎ＋１個の透明誘電層から成り、ここでｎ＝０、１、２、３、・・・、αである積層体とを有し、前記透明誘電層が、ｎ＞１．７の高屈折率と、ｎ≦１．７の低屈折率とを交互に持ち、前記第２電極に接する前記透明誘電層が、ｎ＞１．７の高屈折率を持つ電場発光装置。
高屈折率を持つ前記透明層が、TiO₂、ZnS及びSnO₂から成るグループから選択される材料を有することを特徴とする請求項１に記載の電場発光装置。
低屈折率を持つ前記透明層が、SiO₂及びMgF₂から成るグループから選択される材料を有することを特徴とする請求項１に記載の電場発光装置。